静电纺丝和3D打印制备双层非对称敷料用于皮肤修复的研究

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皮肤是人体的第一道防线,在发生损伤后为避免进一步的并发症,需要立即使用临时屏障来保护组织免受有害物质的侵害并防止体液流失,以减少疤痕和病人遭受的痛苦。近年来,研究人员只关注于封闭性伤口敷料对创面的保护,如:Opsite?(粘接丙烯酸薄膜),Omiderm?(亲水性聚氨酯膜),或干膜?(传统纱布)。然而,这些伤口敷料的特点是缺乏对水的渗透性,导致渗出物堆积,组织浸渍,或发生感染。而随着多孔伤口敷料被开发,这些创面敷料所表现出的开放结构,在预防细菌渗透方面效果较差(原发性伤口感染)并且增加水分流失,这可能导致伤口脱水。因此,不对称膜因其与天然皮肤结构相似而引起了研究者们的关注。事实上,不对称膜通常是由一个密度较大的外层组成,它模仿了皮肤的表皮层,可以保护皮肤免受外部威胁(物理、化学和细菌),并能控制气体交换(水蒸气、O2和CO2)。另一方面,膜的内层呈多孔结构,能够吸收渗出物,支持细胞的粘附和增殖。尽管不对称膜有可能复制皮肤表皮和真皮层的结构,但这些膜必须具备几个关键特性,才能应用于皮肤损伤的治疗,即孔隙度、吸水能力、润湿性、机械性能、生物相容性以及抗菌活性等。为提高伤口愈合效率,本研究结合静电纺丝法和3D打印技术制备了促进皮肤伤口修复的双层不对称敷料,并系统的研究了该敷料的制备过程、理化性能及抗菌性能。主要研究内容和结论如下:(1)本实验通过静电纺丝技术制备了致密的顶层(PCL/PLA静电纺纳米纤维膜)来模拟皮肤的表皮层。它能复制表皮的致密性和防水能力,作为保护屏障防止细菌和微生物的渗透;(2)本研究通过模拟皮肤真皮层的多孔底层,制备了海藻酸钠(SA)/聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖季铵盐(HACC)复合3D打印水凝胶。此水凝胶能够吸收自身重量的20~30倍的液体,同时可以抑制细菌滋生,为细胞迁移和增殖提供了合适的结构和环境。通过一系列测试,对所研制的复合材料进行了表征。(3)本课题将静电纺丝与3D打印技术相结合,模拟皮肤结构制备了双层不对称敷料(PP/SPH)。以PCL/PLA(PP)共混物为材料,通过静电纺丝法制备的纤维膜的拉伸模量达到19.69±0.66 MPa,结果显示,静电纺丝膜的纤维平均直径为755.9±107.1 nm,水接触角为119.1±0.72°,以防止细菌和水的渗透。而海藻酸钠/聚乙烯醇/壳聚糖季铵盐(SPH)共混物通过3D打印法制备出的多孔水凝胶内层具有抗菌性和亲水性。水凝胶层的丝中心间距为842.76±103.65μm,可打印性Pr值为0.92±0.01,溶胀率达到1041.4±11.21%,压缩模量为0.53±0.01 MPa。孔隙率为70%~90%的SPH拉伸模量为0.82±0.01 MPa,含水率可达到85%以上。伤口敷料对金黄色葡萄球菌的抑菌效果试验表明,形成了直径为1.61±0.35 cm的抑菌圈。此外,通过Cell Counting Kit-8和Live/Dead法检测HFBS的活性,发现添加6%PVA的PP/SPH对HFBS无明显的细胞毒副作用。本论文所制备的用于伤口修复的双层不对称敷料不仅具有良好的吸水能力,而且具有良好的抗菌性和细胞相容性,满足皮肤力学性能的要求,为临床皮肤创伤提供了有效的修复策略。
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